JP2004116648A - Combined piston ring - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製リングと、金属製リングを半径方向外方に押圧する樹脂製リングとからなる往復動機関用の組合せピストンリングに関する。
【0002】
【従来の技術】
外側に金属製リングを配置し、内側に樹脂製リングを配置し、樹脂製リングの合い口が所定温度以上において熱膨張により突き当たり、金属製リングを半径方向外方に押圧する張力を発生する組合せピストンリングが提案されている(特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−130583号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
樹脂製リングは常温で合い口が突き当たるようにされる(図9参照)、あるいは所定温度以上において熱膨張により合い口が突き当たるようにされる(図10参照)。そして、樹脂製リングは張力が温度によって変化し、温度が高くなるに伴って張力が増加する(図9及び図10参照)。このように、樹脂製リングの張力は温度上昇とともに高くなるが、エンジンの回転数が上昇して油温が上がり、より張力が必要な高回転時に、高い張力を得られず、シールが不充分になる場合がある。
【0005】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その課題は、金属製リングを押圧する樹脂製リングの張力をエンジンの始動時から高回転時にわたって適性な値とすることを可能にした組合せピストンリングを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次の手段を採る。すなわち、
本発明は、金属製リングと、金属製リングを半径方向外方に押圧する樹脂製リングとからなり、前記樹脂製リングが合い口の突き当たった状態で熱膨張により張力が上昇する構造のリングである組合せピストンリングにおいて、
前記樹脂製リングを中間樹脂リングとその内側に配置する内周樹脂リングの2本構成とし、中間樹脂リングと内周樹脂リングは合い口の突き当たる温度が相違していることを特徴とする。
【0007】
上記構成によれば、中間樹脂リングと内周樹脂リングの張力発生温度を相違させることができるため、樹脂製リングの張力の上昇率を温度に応じて変化させることができる。したがって、例えば、油温が低いエンジン始動時等には、中間樹脂リングと内周樹脂リングの一方が張力を発生するようにすることにより、樹脂製リングの張力を低張力とすることで、金属製リングとシリンダとの摺動を低摩擦とし、始動性等を良好にすることができる。そして、所定温度でもう一方の樹脂リングにも張力を発生するようにすることで、油温が高い高回転時には樹脂製リングの張力を高張力とすることができるので、金属製リングのシリンダボア変形などへの追従性を向上し、シール性を良好にできる。
【0008】
上記の場合、合い口の突き当たる温度は、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低いことが好ましい。すなわち、内周樹脂リングの合い口を先に突き当て、張力を発生させることで、中間樹脂リングのバタツキを防止し、シール性の向上を図ることができる。
【0009】
中間樹脂リングと内周樹脂リングは温度による張力の上昇率が相違していることが好ましい。このようにすれば、例えば、最初に張力を発生するリングの温度による張力の上昇率を低く、次に張力を発生するリングの温度による張力の上昇率を高くすることにより、低温時には樹脂製リングの張力を低く保つことができるので、金属製リングとシリンダとの間で低摩擦を保持することができ、高温時には樹脂製リングが高張力を確保することができるので、金属製リングとシリンダとの間で高いシール性を実現できる。
【0010】
この場合、合い口の突き当たる温度を、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低くした場合には、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リングの方が中間樹脂リングよりも低くなるようにすればよい。
【0011】
シリンダと摺動するリングを金属製リングとしたことで、高寿命化を図れる。また、剛性も高いことから、薄幅化も可能になる。外周面に窒化、クロムめっき、複合めっき、PVD皮膜等の表面処理を施すことにより、耐摩耗性を向上できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0013】
図1において、1はピストン、2はシリンダで、ピストン1の外周に形成されているリング溝3に組合せピストンリング4が装着されている。組合せピストンリング4は3ピースタイプのピストンリングで、金属製リング5と、その内周側に配置され金属製リング5をシリンダ2の内壁2aに押接する樹脂製リング6とから構成され、樹脂製リング6は中間樹脂リング7と内周樹脂リング8とからなっている。
【0014】
金属製リング5は、合い口を有する矩形断面のリングで、低張力を有しており、外周面には窒化、クロムめっき、複合めっき、PVD皮膜等の所定の表面処理が施される。
【0015】
樹脂製リング6は、中間樹脂リング7が金属製リング5の内周側に配置し、内周樹脂リング8が中間樹脂リング7の内周側に配置している。中間樹脂リング7と内周樹脂リング8は金属製リング5と軸方向幅が略同じ厚さを備え、合い口を有する矩形断面のリングである。
【0016】
樹脂製リング6すなわち中間樹脂リング7と内周樹脂リング8は、合い口の突き当たった状態で熱膨張により張力が上昇する構造のリングである。すなわち、樹脂製リング6の張力は温度によって変化し、温度が高くなるに伴って張力が増加するようになっている。
【0017】
本実施形態では、中間樹脂リング7と内周樹脂リング8は、断面積は等しく、同一材料すなわちヤング率の等しい材料で形成されている。したがって、中間樹脂リング7と内周樹脂リング8は、温度による張力の上昇率が同一である。樹脂材料としては、例えばポリイミド樹脂が用いられる。
【0018】
上記樹脂製リング6の張力は、例えば次の(1)又は(2)のように構成される。
【0019】
(1)図2に示されているように、内周樹脂リング8は、常温で合い口が突き当たっており、温度上昇とともに張力が略一定の割合で増加する。中間樹脂リング7は、常温で合い口すきまがあり、所定の高温度T2で合い口が突き当たり、それ以降、内周樹脂リング8の張力の上昇率と同じ割合で張力が増加していく。
したがって、樹脂製リング6の張力は次のようになる。
(イ)常温〜高温度T2
温度上昇とともに略一定の割合で張力が増加する。
(ロ)高温度T2以降
内周樹脂リング8の張力に中間樹脂リング7の張力が加わり、常温〜高温度T2までの張力の上昇率よりも高い上昇率で張力が上昇していく。
【0020】
(2)図3及び図4に示されているように、内周樹脂リング8は、常温で合い口すきまがあり、所定の温度T1で合い口が突き当たり、温度上昇とともに張力が略一定の割合で増加する。中間樹脂リング7は、常温で合い口すきまがあり、内周樹脂リング8の合い口が突き当たる温度T1よりも高い所定の高温度T2で合い口が突き当たり、それ以降、内周樹脂リング8の張力の上昇率と同じ割合で張力が増加していく。
したがって、樹脂製リング6の張力は次のようになる。
(イ)常温〜温度T1
張力は発生しない。
(ロ)温度T1〜高温度T2
温度上昇とともに略一定の割合で張力が増加する。
(ハ)高温度T2以降
内周樹脂リング8の張力に中間樹脂リング7の張力が加わり、温度T1〜高温度T2までの張力の上昇率よりも高い上昇率で張力が上昇していく。
【0021】
以上の構成を有する本発明の組合せピストンリング4は、樹脂製リング6によってシリンダ2の内壁2aに押し付けられた金属製リング5が、シリンダ2の内壁2aを摺動し、シリンダ2の内壁2aとの間をシールする。
【0022】
この際、エンジン始動時等の低温時には、樹脂製リング6は低張力とされているため、金属製リング5とシリンダ2の内壁2aとの間は低摩擦となり、始動性等が良好になる。一方、高温時には、樹脂製リング6は高張力を発生するため、金属製リング6のシリンダ内壁2aへの追従性が良好で、高いシール性を確保することができる。
【0023】
図5は、本発明の別の実施形態2を示している。本実施形態2は、温度による張力の上昇率が中間樹脂リング7と内周樹脂リング8で相違している点が上記実施形態1と相違しているだけで、他の構成は上記実施形態1と同じである。
【0024】
本実施形態2では、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リング8の方が中間樹脂リング7よりも低くされている。すなわち、中間樹脂リング7と内周樹脂リング8の断面積は等しいが、内周樹脂リング8のヤング率が中間樹脂リング8のヤング率よりも低い材料で形成されている。したがって、内周樹脂リング8は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング7よりも低く抑えられる。樹脂材料としては、例えば内周樹脂リング8はポリイミド樹脂、中間樹脂リング7はポリベンズイミザゾール樹脂が用いられる。
【0025】
本実施形態2における樹脂製リング6の張力は、例えば次のように構成される。
【0026】
図5に示されているように、内周樹脂リング8は、常温で合い口すきまがあり、所定の温度T1で合い口が突き当たり、温度上昇とともに張力が略一定の割合で増加する。中間樹脂リング7は、常温で合い口すきまがあり、内周樹脂リング8の合い口が突き当たる温度T1よりも高い所定の高温度T2で合い口が突き当たり、それ以降、内周樹脂リング8の張力の上昇率よりも高い割合で張力が増加していく。
したがって、樹脂製リング6の張力は次のようになる。
(イ)常温〜温度T1
張力は発生しない。
(ロ)温度T1〜高温度T2
温度上昇とともに内周樹脂リング8が持つ上昇率で張力が増加する。
(ハ)高温度T2以降
上昇率の低い内周樹脂リング8の張力に上昇率の高い中間樹脂リング7の張力が加わり、温度T1〜高温度T2までの張力の上昇率よりも高い上昇率で張力が上昇していく。
【0027】
したがって、上記実施形態1の場合よりも、樹脂製リング6の低温時での張力をより低く保つことができ、低温時で金属製リング5とシリンダ2との間の摩擦をより低く保持できる。そして、高温時には上記実施形態1と同様に、金属製リング5とシリンダ2との間で高いシール性を確保することが可能である。
【0028】
なお、本実施形態2では、内周樹脂リング8は常温で合い口すきまを持つようにしたが、これに限ることはなく、内周樹脂リング8は常温で合い口が突き当たっているように構成し、上記実施形態1(図2参照)で示したと同じように構成することもできる。
【0029】
図6は、本発明の更に別の実施形態3を示している。本実施形態3は、温度による張力の上昇率が中間樹脂リング7と内周樹脂リング8で相違している点が上記第1の実施形態1と相違しているだけで、他の構成は上記第1の実施形態1と同じである。
【0030】
本実施形態3では、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リング8の方が中間樹脂リング7よりも低くされている。すなわち、内周樹脂リング8のヤング率は中間樹脂リング8のヤング率と等しいか、中間樹脂リング8のヤング率よりも低い材料で形成され、内周樹脂リング8の断面積は中間樹脂リング7の断面積よりも小さくされている。すなわち、本実施形態3では、中間樹脂リング7は矩形断面をなしているが、内周樹脂リング8はコ字形断面をなしている。そして、内周樹脂リング8は内周側に開口を向けて中間樹脂リング7の内周側に配置されており、両樹脂リング7,8は同じ軸方向幅を備えている。
【0031】
したがって、内周樹脂リング8は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング7よりも低く抑えられる。樹脂材料としては、例えば、中間樹脂リング7及び内周樹脂リング8ともポリイミド樹脂、あるいは内周樹脂リング8はポリイミド樹脂、中間樹脂リング7はポリベンズイミザゾール樹脂が用いられる。
【0032】
樹脂製リング6の張力は、例えば上記第2の実施形態2で説明したのと同じように設定すればよい。
【0033】
図7は、本発明の更に別の実施形態4を示している。本実施形態4は、内周樹脂リング8の配置の仕方が上記第3の実施形態3と相違しているだけで、他の構成は上記第3の実施形態3と同じである。
【0034】
本実施形態4では、内周樹脂リング8は、外周側に開口を向けて中間樹脂リング7の内周側に配置されている。
【0035】
したがって、本実施形態4においても、内周樹脂リング8は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング7よりも低く抑えられる。
【0036】
樹脂製リング6の張力は、例えば上記第2の実施形態2で説明したのと同じように設定すればよい。
【0037】
図8は、本発明の更に別の実施形態5を示している。本実施形態5は、温度による張力の上昇率が中間樹脂リング7と内周樹脂リング8で相違している点が上記第1の実施形態1と相違しているだけで、他の構成は上記第1の実施形態1と同じである。
【0038】
本実施形態5においても、温度による張力の上昇率は、内周樹脂リング8の方が中間樹脂リング7よりも低くされている。すなわち、内周樹脂リング8のヤング率は中間樹脂リング8のヤング率と等しいか、中間樹脂リング8のヤング率よりも低い材料で形成され、内周樹脂リング8の断面積は中間樹脂リング7の断面積よりも小さくされている。
【0039】
すなわち、本実施形態5では、内周樹脂リング8はコ字形断面のリングで、金属製リング5と同じ軸方向幅を備えている。一方、中間樹脂リング7は矩形断面のリングであるが、軸方向幅が内周樹脂リング8の開口部8aの軸方向幅と略同じ幅を備え、半径方向厚さが内周樹脂リング8の開口部8aの半径方向厚さよりも厚い長さを備えている。内周樹脂リング8は開口を外側に向けて配置され、中間樹脂リング7は一部分が内周樹脂リング8の開口部8aに挿入されて内周樹脂リング8の外周側に一部が突出した状態で配置されている。
【0040】
したがって、内周樹脂リング8は、温度上昇時、熱膨張による圧縮に対するバネ定数が下がり、張力の上昇が中間樹脂リング7よりも低く抑えられる。樹脂材料としては、例えば、中間樹脂リング7及び内周樹脂リング8ともポリイミド樹脂、あるいは内周樹脂リング8はポリイミド樹脂、中間樹脂リング7はポリベンズイミザゾール樹脂が用いられる。
【0041】
樹脂製リング6の張力は、例えば上記第2の実施形態2で説明したのと同じように設定すればよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、樹脂製リングの張力の上昇率を温度に応じて変化させることができる。したがって、油温が低いエンジン始動時等には樹脂製リングの張力を低張力とすることで、金属製リングとシリンダとの摺動を低摩擦とし、始動性等を良好にすることができる。また、油温が高い高回転時には樹脂製リングの張力を高張力とすることができるため、金属製リングのシリンダボア変形などへの追従性を向上し、シール性を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図2】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図3】本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性の別の例を示すグラフである。
【図4】温度に応じた合い口の突き当たり状況を示す本発明の組合せピストンリングの平面図で、(a)は常温時、(b)は温度T1時、(c)は高温度T2時を示す。
【図5】本発明の別の実施形態を示し、本発明の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図6】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図7】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図8】本発明の更に別の実施形態を示す縦断面図である。
【図9】従来の組合せピストンリングの温度−張力特性を示すグラフである。
【図10】従来の組合せピストンリングの温度−張力特性の別の例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ピストン
2 シリンダ
2a シリンダ内壁
3 リング溝
4 組合せピストンリング
5 金属製リング
6 樹脂製リング
7 中間樹脂リング
8 内周樹脂リング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a combined piston ring for a reciprocating engine comprising a metal ring and a resin ring for pressing the metal ring radially outward.
[0002]
[Prior art]
A combination in which a metal ring is arranged on the outside and a resin ring is arranged on the inside, and the mating of the resin ring abuts due to thermal expansion at a predetermined temperature or higher and generates a tension that presses the metal ring outward in the radial direction. A piston ring has been proposed (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-130583
[Problems to be solved by the invention]
The resin ring is made to abut at a normal temperature (see FIG. 9), or is made to abut at a predetermined temperature or higher due to thermal expansion (see FIG. 10). The tension of the resin ring changes depending on the temperature, and the tension increases as the temperature increases (see FIGS. 9 and 10). As described above, the tension of the resin ring increases as the temperature rises, but the engine speed rises and the oil temperature rises. At high rotations that require more tension, high tension cannot be obtained and the seal is insufficient. In some cases.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a combination that enables the tension of a resin ring that presses a metal ring to have an appropriate value from the time of starting the engine to the time of high rotation. It is to provide a piston ring.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is,
The present invention relates to a ring having a structure in which a metal ring and a resin ring that presses the metal ring radially outward, and in which the tension is increased due to thermal expansion in a state where the resin ring abuts an abutment. In one combination piston ring,
The resin ring is composed of two parts, an intermediate resin ring and an inner resin ring disposed inside the intermediate resin ring. The intermediate resin ring and the inner resin ring have different temperatures at which the abutment ends.
[0007]
According to the above configuration, since the tension generation temperatures of the intermediate resin ring and the inner peripheral resin ring can be made different, the rate of increase in the tension of the resin ring can be changed according to the temperature. Therefore, for example, at the time of starting an engine with a low oil temperature, one of the intermediate resin ring and the inner peripheral resin ring generates a tension, thereby reducing the tension of the resin ring to a low tension. The friction between the ring and the cylinder is made low, and the starting performance and the like can be improved. Then, by causing the other resin ring to also generate tension at a predetermined temperature, the tension of the resin ring can be set to a high tension when the oil temperature is high and the rotation is high, so that the cylinder bore deformation of the metal ring can be achieved. And the like, and the sealing performance can be improved.
[0008]
In the above case, the temperature at which the abutment abuts is preferably lower in the inner peripheral resin ring than in the intermediate resin ring. That is, by abutting the abutment of the inner peripheral resin ring first to generate tension, flapping of the intermediate resin ring can be prevented, and sealing performance can be improved.
[0009]
It is preferable that the intermediate resin ring and the inner peripheral resin ring have different tension increasing rates due to temperature. In this way, for example, by first decreasing the rate of increase in tension due to the temperature of the ring that generates tension first, and then increasing the rate of increase in tension due to the temperature of the ring that generates tension, the resin ring can be formed at low temperatures. The tension of the metal ring can be kept low, so that low friction can be maintained between the metal ring and the cylinder. High sealability can be realized between the two.
[0010]
In this case, when the temperature at which the abutment abuts is lower in the inner resin ring than in the intermediate resin ring, the rate of increase in tension due to temperature is lower in the inner resin ring than in the intermediate resin ring. What should I do?
[0011]
By using a metal ring for the ring that slides with the cylinder, a longer life can be achieved. Further, since the rigidity is high, the width can be reduced. Abrasion resistance can be improved by subjecting the outer peripheral surface to a surface treatment such as nitriding, chromium plating, composite plating, or PVD coating.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
In FIG. 1, 1 is a piston, 2 is a cylinder, and a combined
[0014]
The
[0015]
In the
[0016]
The
[0017]
In the present embodiment, the
[0018]
The tension of the
[0019]
(1) As shown in FIG. 2, the inner
Therefore, the tension of the
(B) Room temperature to high temperature T2
As the temperature rises, the tension increases at a substantially constant rate.
(B) After the high temperature T2, the tension of the
[0020]
(2) As shown in FIGS. 3 and 4, the inner
Therefore, the tension of the
(B) Normal temperature to temperature T1
No tension occurs.
(B) Temperature T1 to high temperature T2
As the temperature rises, the tension increases at a substantially constant rate.
(C) After the high temperature T2, the tension of the
[0021]
In the
[0022]
At this time, at low temperatures such as when the engine is started, the
[0023]
FIG. 5 shows another
[0024]
In the second embodiment, the rate of increase in tension due to temperature is lower in the inner
[0025]
The tension of the
[0026]
As shown in FIG. 5, the inner
Therefore, the tension of the
(B) Normal temperature to temperature T1
No tension occurs.
(B) Temperature T1 to high temperature T2
As the temperature rises, the tension increases at the rate of increase of the
(C) The tension of the
[0027]
Therefore, the tension of the
[0028]
In the second embodiment, the inner
[0029]
FIG. 6 shows still another
[0030]
In the third embodiment, the rate of increase in tension due to temperature is lower in the inner
[0031]
Therefore, when the temperature of the inner
[0032]
The tension of the
[0033]
FIG. 7 shows still another
[0034]
In the fourth embodiment, the inner
[0035]
Therefore, also in the fourth embodiment, when the temperature of the inner
[0036]
The tension of the
[0037]
FIG. 8 shows still another
[0038]
Also in the fifth embodiment, the rise rate of the tension due to temperature is lower in the inner
[0039]
That is, in the fifth embodiment, the inner
[0040]
Therefore, when the temperature of the inner
[0041]
The tension of the
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the rate of increase in the tension of the resin ring can be changed according to the temperature. Therefore, when the oil temperature is low, for example, when the engine is started, the tension of the resin ring is set to a low tension, so that the sliding between the metal ring and the cylinder is reduced, and the startability and the like can be improved. In addition, when the oil temperature is high and the rotation is high, the tension of the resin ring can be made high, so that the followability of the metal ring to deformation of the cylinder bore and the like can be improved, and the sealing performance can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing temperature-tension characteristics of the combined piston ring of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing another example of the temperature-tension characteristic of the combined piston ring of the present invention.
FIGS. 4A and 4B are plan views of the combination piston ring according to the present invention showing the abutment state of the abutment according to the temperature, wherein FIG. Show.
FIG. 5 is a graph showing another embodiment of the present invention and showing temperature-tension characteristics of the combined piston ring of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing temperature-tension characteristics of a conventional combination piston ring.
FIG. 10 is a graph showing another example of the temperature-tension characteristic of the conventional combined piston ring.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1
Claims (4)
前記樹脂製リングを中間樹脂リングとその内側に配置する内周樹脂リングの2本構成とし、中間樹脂リングと内周樹脂リングは合い口の突き当たる温度が相違していることを特徴とする組合せピストンリング。Combination piston ring comprising a metal ring and a resin ring which presses the metal ring radially outward, wherein the resin ring has a structure in which the tension rises due to thermal expansion in a state where the resin ring abuts the opening. At
The combination piston, wherein the resin ring is composed of two parts, an intermediate resin ring and an inner peripheral resin ring arranged inside the intermediate resin ring, and the intermediate resin ring and the inner peripheral resin ring have different temperatures at which the abutment ends. ring.
Priority Applications (1)
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